配电网规划层-运行层两阶段分布鲁棒优化治理方法技术

本发明专利技术提出了配电网规划层

【技术实现步骤摘要】
配电网规划层
‑
运行层两阶段分布鲁棒优化治理方法


[0001]本专利技术属于光伏能源
，具体涉及配电网规划层
‑
运行层两阶段分布鲁棒优化治理方法

技术介绍

[0002]近年来，偏远地区配电网中光伏能源的渗透率越来越高，但是，由于光伏能源出力具有间歇性与随机性，其大规模接入容易导致系统中负荷侧消耗功率与发电侧发出功率失去平衡，以目前的经验来看，农村台区往往存在高负荷时电压越下限、网损增大、经济性变坏的特性，而低负荷时又有可能出现电压越上限的特点，尤其当负荷侧用电量达到最低时，光伏出力达到一天中最高，从而导致配电网功率“倒灌”，配电网各节点电压升高甚至越限。因此需要根据场景特性，综合调用各种治理手段进行治理。
[0003]配电网由于R/X较大，常常呈现有功无功高度耦合的特征，为了提高对于光伏能源的消纳，需利用各有功无功资源对配电网电压问题和经济性提升问题进行协调治理，本质上，这是一个规划层与运行层相耦合的问题，优化建模时需要通过一定的手段将规划层与运行层相关联，形成一个两阶段的优化问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供配电网规划层
‑
运行层两阶段分布鲁棒优化治理方法，用于综合各类可调设备并结合规划层
‑
运行层协调分析，使配电网经济性与保守性之间保持平衡。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：配电网规划层
‑
运行层两阶段分布鲁棒优化治理方法，包括以下步骤：<br/>[0006](1)以全年光伏系统输出功率及系统中负荷消耗功率为原始数据，根据AP聚类的场景削减方法，得到场景削减结果作为光伏
‑
负荷的典型场景；
[0007](2)根据配电网中可利用的各有功、无功可调设备，通过建立配电网Dist
‑
flow潮流模型和各可调有功/无功资源模型，以配电网投资成本和运维成本为目标，建立配电网规划层
‑
运行层两阶段模型；
[0008](3)基于(2)所建配电网规划层
‑
运行层两阶段模型，将模型中运行层的光伏输出功率、负荷消耗功率视作不确定变量，根据(1)所得光伏
‑
负荷典型场景及其出现概率，构建光伏
‑
负荷典型场景概率分布不确定集，最后建立基于光伏
‑
负荷典型场景概率分布不确定集的规划层
‑
运行层两阶段分布鲁棒协调优化模型，且光伏
‑
负荷典型场景及其出现概率作为进行分布鲁棒优化的外部注入。
[0009]进一步的，所述步骤(1)的具体步骤包括：
[0010]1)根据空间中两点x1,x2之间的距离公式计算全年光伏输出功率及负荷消耗功率数据之间的2
‑
范数欧式距离，并将对角线元素设置为每列平均值，取对数后并取反，得到相似度矩阵S，此处s(i,k)值设置为数据点i与数据点k之间的对数似然关系距
离，即：s(i,k)＝
‑
log
e
(||x
i
‑
x
k
||2)
[0011]式中x
i
和x
k
分别代表两个数据点，即点x
i
和x
k
；
[0012]2)初始化支持度矩阵R(i,j)和适应度矩阵A(i,j)分别为0；
[0013]3)按公式更新支持度矩阵R(i,j)(λ为阻尼系数，通常取默认值0.5)；
[0014]4)i≠k时，依据公式更新A(i,j)；
[0015]i＝k时，依据公式更新A(i,j)；
[0016]5)对任意一点k，若R(k,k)+A(k,k)＞0，则该点为聚类中心，而对于数据点i(i≠k)使得R(i,k)+A(i,k)最大也就是与i最相似的数据点k为数据点i的类簇中心；
[0017]6)当迭代次数超过某个限定值或当聚类中心连续迭代次数超过某个设定的值也不再发生改变时，终止计算，否则返回3)继续迭代更新；
[0018]7)迭代终止，得到典型光伏
‑
负荷出力场景及每个场景相应出现的概率。
[0019]进一步的，所述步骤(2)的具体步骤包括：
[0020]1)综合各有功、无功可调设备，包括储能、光伏逆变器可调无功和静止无功发生器，建立配电网规划层
‑
运行层两阶段模型及运行层运行约束。
[0021]2)综合各有功、无功可调设备建立配电网规划层
‑
运行层两阶段模型及规划层运行约束。
[0022]3)综合各有功、无功可调设备建立配电网规划层
‑
运行层两阶段模型，并使所述规划层与所述运行层相关联。
[0023]进一步的，所述步骤1)中所述运行层约束及目标函数如下：
[0024]a.光伏电池无功资源运行约束
[0025][0026]其中：代表t时刻的光伏发电系统的实际有功出力，代表光伏发电系统t时刻的剩余无功资源，S
PV
代表光伏逆变器的容量。
[0027]b.储能设备运行约束
[0028]储能电池的电量与充放电功率的具体关系由下式决定：
[0029][0030]其中，和分别代表时刻t和时刻t
‑
1节点i的储能电池剩余电量；和分别代表时刻t节点i的充放电功率，η
cha
和η
dis
分别代表储能电池的充放电效率，均设置为0.95，Δt为时刻t和时刻t
‑
1之间的时间间隔；该式反应出充放电功率对储能电池电量的影响。
[0031]同时，储能电池的存储电量满足下式：
[0032][0033]其中，分别代表节点i的储能电池存储容量的最大值和最小值；为t时刻节点i的储能电池的实际存储能量值。
[0034]储能充放电功率受到储能系统逆变器容量的充放电功率上限约束，其值满足下两式：
[0035][0036][0037]其中，分别代表节点i的储能系统的充电功率和放电功率的上限值。设定最大充电功率和最大放电功率相等。
[0038]同一时间段内，储能系统不能同时进行充放电的操作，因此引入充放电标志位的概念，因此充放电的上下限约束转换为以下情况：
[0039][0040][0041][0042]其中，为两个0
‑
1变量，分别代表时刻t时节点i的储能系统的充放电状态，当μ
cha
＝1表示储能系统位于充电状态，当μ
dis
＝1时表示储能系统位于放电状态，两者之和不得大于1。
[0043]c.SVG设备运行约束
[0044][0045]其中，代表SVG设备在时刻t对配网节点i的的无功注入，及代表节点i的SVG设备的无功出力上下限。
[0046]d.配网安全运行约束<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.配电网规划层
‑
运行层两阶段分布鲁棒优化治理方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)以全年光伏系统输出功率及系统中负荷消耗功率为原始数据，根据AP聚类的场景削减方法，得到场景削减结果作为光伏
‑
负荷的典型场景；(2)根据配电网中可利用的各有功、无功可调设备，通过建立配电网Dist
‑
flow潮流模型和各可调有功/无功资源模型，以配电网投资成本和运维成本为目标，建立配电网规划层
‑
运行层两阶段模型；(3)基于(2)所建配电网规划层
‑
运行层两阶段模型，将模型中运行层的光伏输出功率、负荷消耗功率视作不确定变量，根据(1)所得源荷典型场景及其出现概率，构建源荷典型场景概率分布不确定集，最后建立基于源荷典型场景概率分布不确定集的规划层
‑
运行层两阶段分布鲁棒协调优化模型，且源荷典型场景及其出现概率作为进行分布鲁棒优化的外部注入。2.根据权利要求1所述的配电网规划层
‑
运行层两阶段分布鲁棒优化治理方法，其特征在于：所述步骤(1)的具体步骤包括：1)根据空间中两点x1,x2之间的距离公式计算全年光伏输出功率及负荷消耗功率数据之间的2
‑
范数欧式距离，并将对角线元素设置为每列平均值，取对数后并取反，得到相似度矩阵S，此处s(i,k)值设置为数据点i与数据点k之间的对数似然关系距离，即：s(i,k)＝
‑
log
e
(||x
i
‑
x
k
||2)式中x
i
和x
k
分别代表两个数据点，即点x
i
和x
k
；2)初始化支持度矩阵R(i,j)和适应度矩阵A(i,j)分别为0；3)按公式更新支持度矩阵R(i,j)(λ为阻尼系数，通常取默认值0.5)；4)i≠k时，依据公式更新A(i,j)；i＝k时，依据公式更新A(i,j)；5)对任意一点k，若R(k,k)+A(k,k)＞0，则该点为聚类中心，而对于数据点i(i≠k)使得R(i,k)+A(i,k)最大也就是与i最相似的数据点k为数据点i的类簇中心；6)当迭代次数超过限定值或当聚类中心连续迭代次数超过设定值也不再发生改变时，终止计算，否则返回3)继续迭代更新；7)迭代终止，得到典型光伏
‑
负荷出力场景及每个场景相应出现的概率。3.根据权利要求1所述的配电网规划层
‑
运行层两阶段分布鲁棒优化治理方法，其特征在于，所述步骤(2)的具体步骤包括：1)综合各有功、无功可调设备，包括储能、光伏逆变器可调无功和静止无功发生器，建立配电网规划层
‑
运行层两阶段模型及运行层运行约束。2)综合各有功、无功可调设备建立配电网规划层
‑
运行层两阶段模型及规划层运行约束。3)综合各有功、无功可调设备建立配电网规划层
‑
运行层两阶段模型，并使所述规划层
与所述运行层相关联。4.根据权利要求3所述的配电网规划层
‑
运行层两阶段分布鲁棒优化治理方法，其特征在于，步骤1)中所述运行层约束及目标函数如下：a.光伏电池无功资源运行约束其中：P
tPV
代表t时刻的光伏发电系统的实际有功出力，代表光伏发电系统t时刻的剩余无功资源，S
PV
代表光伏逆变器的容量。b.储能设备运行约束储能电池的电量与充放电功率的具体关系由下式决定：其中，和分别代表时刻t和时刻t
‑
1节点i的储能电池剩余电量；和分别代表时刻t节点i的充放电功率，η
cha
和η
dis
分别代表储能电池的充放电效率，均设置为0.95，Δt为时刻t和时刻t
‑
1之间的时间间隔；该式反应出充放电功率对储能电池电量的影响。同时，储能电池的存储电量满足下式：其中，分别代表节点i的储能电池存储容量的最大值和最小值；为t时刻节点i的储能电池的实际存储能量值。储能充放电功率受到储能系统逆变器容量的充放电功率上限约束，其值满足下两式：储能充放电功率受到储能系统逆变器容量的充放电功率上限约束，其值满足下两式：其中，分别代表节点i的储能系统的充电功率和放电功率的上限值，设定最大充电功率和最大放电功率相等。同一时间段内，储能系统不能同时进行充放电的操作，因此引入充放电标志位的概念，因此充放电的上下限约束转换为以下情况：因此充放电的上下限约束转换为以下情况：因此充放电的上下限约束转换为以下情况：其中，为两个0
‑
1变量，分别代表时刻t时节点i的储能系统的充放电状态，当μ
cha
＝1表示储能系统位于充电状态，当μ
dis
＝1时表示储能系统位于放电状态，两者之和不得大于1。c.SVG设备运行约束
其中，代表SVG设备在时刻t对配网节点i的的无功注入，及代表节点i的SVG设备的无功出力上下限。d.配网安全运行约束电压约束：U
min
≤U
i
≤U
max
,i∈Ω
bus
ꢀꢀꢀꢀ
&lt;10&gt;其中,I
ij
代表网络中节点u(i)电压，代表网络中所有母线节点的集合，U
min
和U
max
分别代表电压安全运行上下限。电流约束：I
ij
≤I
max
,i,j∈Ω
bus
,j∈u(i)
ꢀꢀꢀꢀ
&lt;11&gt;其中，I
ij
代表网络中支路电联，u(i)代表所有以i为首端节点支路的末端节点所组成的集合，代表支路电流安全运行上限，即支路上实际线缆所对应的最大载流量，针对辐射状网络且全网络线路型号统一的情况，可将该式简化为配变出口端电流小于其线缆对应的安全运行上下限。e.配网潮流约束由于配电网通常呈现出辐射状拓扑，通常采取Dist
‑
flow的二阶锥潮流方法，其具体公式如下：式如下：式如下：式如下：其中，r
ij
、x
ij
为支路ij的电阻和电抗，u(j)为以j为所有以j为首端节点支路的末端节点所组成的集合，v(j)为所有以j为末端节点支路的首端节点所组成的集合，V
j,t
为时刻t节点j的电压的平方，L
ij,t
为时刻t支路ij上传输的电流幅值的平方，P
ij,t
和Q
ij,t
分别为时刻t在支路ij上传输的有功和无功功率，和分别为时刻t节点j所接入的ESS设备的充放电功率，和分别为时刻t节点j上所接入的光伏发电系统的有功及无功功率注入，为时刻t节点j所接入的SVG设备的无功功率注入。f.运行层目标函数其中，T为运行层仿真总时段，对于单场景问题即为单典型日内的总时长，N
bus
为支路总数。5.根据权利要求3所述的配电网规划层
...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴在军，杨媛平，全相军，李淑锋，胡浩，李吉平，邢磊，唐成虹，陈永华，
申请(专利权)人：国网内蒙古东部电力有限公司国网电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：